柴河电站1号水轮发电机组转子故障分析及处理

傅守权 纪庆周

(辽宁省柴河水库管理局，辽宁 铁岭 112000)

柴河电站1号水轮发电机组转子故障分析及处理

傅守权 纪庆周

(辽宁省柴河水库管理局，辽宁 铁岭 112000)

水轮发电机组作为水电站电能生产的主要设备,对电力系统的安全稳定运行起着至关重要的作用。机组转子故障是影响机组发电质量及正常运行的重要因素。本文针对柴河电站1号水轮发电机组转子磁极产生的故障，对故障原因进行了分析,提出了合理的处理方案，取得了良好的效果。

水轮发电机组；转子故障；处理

1 概 述

柴河电站位于辽宁省铁岭市铁岭县熊官屯镇，为坝后式电站。电站1号水轮发电机组装机3200kW，水轮机型号为HL240-LJ-140，发电机型号为TS325/36-25(发电机主要参数见右表)。

2016年11月29日8时15分，柴河电站1号水轮发电机组正常发电运行过程中，发电机盖板下方出现火花，并伴随机组很大异常声响，中控室后台同时出现励磁故障、强励等报警。过流三段保护动作，随后机组飞车过速，同时，机组过速保护动作，机组事故停机。

发电机主要参数表

2 故障查找及原因分析

2.1 故障点查找

1号机组事故停机后，初步确定事故部位为发电机部分。首先利用2500V摇表对发电机的定子三相之间的相间绝缘及对地绝缘进行试验：将发电机定子的出口电缆及中性点电缆拆下，测发电机定子对地绝缘及相间绝缘。经试验，无论是定子对地绝缘还是相间绝缘，绝缘电阻都在1000MΩ以上，定子绝缘良好。

发电机转子绝缘测试：将发电机转子线圈与集电环分开，利用500V摇表测量转子对地绝缘，转子对地绝缘电阻为0，说明发电机转子绝缘已经损坏。确定此次机组故障部位为发电机转子。

拆开发电机上盖板及相应处挡风板，发现转子的四号磁极的侧面已烧黑，而三号磁极与四号磁极连接处的磁极引线有明显的烧损现象。发电机转子吊出机坑后，发现四号磁极与三号磁极连接处的铜排靠近四号磁极的极靴根部处被烧断。最终确定故障部位为发电机转子四号磁极(见下图)。

转子磁极故障部位

2.2 故障原因分析

柴河电站1号机组1976年投产运行，发电机转子至今已运行40余年，转子磁极极身绝缘是玻璃云母箔和黄玻璃漆布复合绝缘，整个磁极采用“B”级绝缘，绝缘等级本身相对不高。

转子在四号磁极与三号磁极连接处，靠近四号磁极极靴边缘处的绝缘电木相对较薄，是薄弱环节，且经过多年运行，出现绝缘老化。若机组出现发电机转子电压突然升高、电网电压波动、雷电感应、发电机突然强励等现象，均容易造成发电机转子电压的升高，在转子绝缘薄弱处会出现缓慢的间歇性放电现象，长期放电加速了绝缘老化和碳化，最终该处承受不住正常的发电机转子电压而造成弧光，从而烧断该处的转子磁极铜排。运行中的发电机由于转子铜排烧断无法构成回路，导致转子失去励磁电流。没有了励磁电流，发电机在转子阻尼鼠笼绕组的作用下转变为电动机运行，导致发电机产生很大的异常声响，同时，发电机定子会过电流，导致发电机过流保护动作。当过流保护动作，出口开关跳开后，机组甩负荷造成了机组过速，继而机组过速保护动作，机组事故停机。

3 故障处理

如果发电机转子磁极本身绝缘老化严重或线圈烧损严重，必须将磁极线圈拆除，重新进行绝缘或更换磁极线圈。柴河电站1号机组转子磁极的磁极引线烧断，磁极绝缘损坏严重，因此，需要拆除故障磁极。

3.1 故障磁极的拆卸

将故障磁极即四号磁极的四条定位键的焊点用旋转铣刀及角磨机切片，把焊点切开。四根键中，有两个根键是从上面向下打进键槽的。在这两个上打键的上端部焊上吊环用吊车向上拨键，同时用千金顶从转子下端向上顶键，缓慢将该磁极的两个上打键拨出，取出其余两个配合键，用吊带捆好四号磁极，用吊车将其吊出。

3.2 故障磁极的处理

3.2.1 方案选择

针对此次转子磁极故障情况，提出两套处理方案：

方案一：对四号磁极进行修复处理，对磁极绝缘损坏、线圈暴露部分重新做绝缘，更换烧损的磁极引线，更换磁极引线与极靴之间的绝缘垫板，对未损伤磁极部位做刷绝缘漆处理。

方案二：重新定做一个转子磁极，更换新磁极。由于柴河电站1号发电机转子生产已超过40年，随着磁极的更新换代，磁极生产厂家无该产品的备品备件，需重新定做。生产新的磁极需要4～5个月时间，周期长，并且重新做模具，工序繁琐，价格昂贵，一个磁极价格在4万～5万元左右。考虑到方案二历时周期长、经济性差，无法满足机组4月份并网发电的需求，最终选择方案一。

3.2.2 磁极绝缘的修复处理

原磁极线圈是用4mm×40mm铝带扁绕而成，匝间垫以浸透绝缘的石棉纸，首末两匝半叠包醇酸玻璃云母带及玻璃丝带以加强绝缘，磁极线圈出线处均焊有铝铜接头，引出线为0.5mm厚软铜带并用银焊焊在铝铜接头上。此次修复所用的绝缘材料与原磁极生产时所用绝缘材料基本一致。

首先进行线圈和极靴的分解，将线圈从极靴上取下后，由于靠近损坏处的前四匝线圈被弧光碳化，因此，对前四匝绝缘碳化的部分进行清理，将叠包在线圈上的碳化醇酸玻璃云母带及玻璃丝带清理后，用酒精清洗干净。然后对烧断磁极引线处进行处理。从转子线圈烧断侧拆下铆固横向铜排的四个M5的铆钉，拆除用锡焊接损坏的50mm宽铜排四片，重新购买厚度为0.5mm的紫铜板，切成宽50mm、长200mm的铜排四片，并且对应原来线圈铜排的四个铆钉孔，把四片新铜排用电钻打出四个M5的孔，再用锡锅把新的铜排每片都挂好薄薄一层导电的锡，用新采购的M5的铜铆钉，把新的200mm长的四片铜排重新铆固到原来的转子线圈上，铆固完毕，再用火焊和焊锡焊接一遍，使之连接牢固熔在一起，温度降下来后再用酒精清洗一遍。最后对清洗后的四匝磁极线圈和磁极引线进行绝缘包扎。先用绝缘漆刷一遍裸露的磁极线圈和引线，然后用波璃丝布带叠包，每包一层波璃丝带涂一层绝缘漆，共叠包四层。在处理的四匝线圈的层间还放置0.5mm的环氧布板垫层，增强匝间绝缘。

磁极线圈与磁轭连接处原有5mm厚的两片椭圆形垫圈，作为磁轭与磁极之间的绝缘，由于多年运行，垫圈部分碳化，绝缘降低。对碳化垫圈进行处理，重新涂上绝缘漆，并重新制作两个1mm厚椭圆形垫圈，垫在原5mm厚的两片椭圆形垫圈上，大大增加了磁极与磁轭之间的绝缘。把已处理好的磁极线圈整体套装到极靴上，极靴铁芯与线圈之间原来的绝缘纸良好，为增加绝缘，在极靴的上下两侧用2mm厚的环氧布板垫好，同时将新的0.5mm厚的环氧布板弯成椭圆形，在线圈与铁芯之间绕360°，垫上一圈并留有搭接量，使线圈和铁芯之间的绝缘电阻大大增强。

3.2.3 磁极的整形与干燥

由于对四匝线圈的绝缘进行了处理，增加了椭圆形绝缘垫圈，导致线圈发生变形即线圈的整体厚度有所增加。为了能和原来的磁极线圈厚度一致，采用100的槽钢做了两个四方框，用两个千斤顶并用木方垫在千斤顶下，千斤顶顶住槽钢外框，使之给线圈加力，整形到原来状态。用千斤顶压住后，在磁极线圈的全方位再涂绝缘漆，在线圈的两侧用两台热风机对线圈进行加热，24h后，绝缘漆固化完毕。

3.2.4 磁极的回装及磁极间引线的连接

四号磁极修复完毕后，进行回装，将键重新打入键槽固定磁极，磁极保持和修复前高度一样，因为该磁极下端原焊接有挡块，高度不变，两侧键打紧后，键的上部高度和原来其它磁极键的高度一致，并进行焊接，键的上下两面即转子的上面与下面全部焊接，进行三号磁极和四号磁极、四号磁极和五号磁极的磁极引线的连接处理。在四号磁极两侧连接之前，先把两侧铜排钻好M12的孔，并且用1.5mm、厚50mm宽的铜板做面U形箍，侧面也钻M12的孔，用U形箍套入引线接头后，用M12的紫铜螺栓把四号磁极的两侧引线铜排分别与三号磁极和五号磁极的引线铜排把合牢固，同时对两侧的铜螺栓进行打点铆固，防止铜螺栓脱扣，然后用火焊及焊锡进行再一次的焊接，直到各铜排之间所有缝隙灌满锡为止，并快速用绝缘布擦干净。待两侧引线温度降下来后，进行两侧接头的绝缘处理。用1038绝缘漆刷一遍后包一层玻璃布带，每刷一层绝缘漆叠包一层布带，共包10层。同时在四号及三号磁极的引线处重新垫上一块新的10mm厚的电木板，两侧做楔形处理并分别插入两侧磁极的极靴内，用玻璃布带绑扎牢固并刷绝缘漆加热固化，全部完毕后，转子整体喷快干海洋灰色绝缘漆。

4 磁极电气试验

4.1 四号磁极单独电气试验

四号磁极修复完成后，分别对磁极进行了绝缘泄露试验、直流电阻试验及交流阻抗试验。将实验数据与三号磁极测量数据进行比对。

用500V摇表对四号磁极进行绝缘泄露测试，该磁极的绝缘电阻为无穷大，换用1000V摇表测试，电阻值仍为无穷大，四号磁极修复后绝缘状况良好。

对四号磁极进行直流电阻试验，试验时温度为19.5℃，四号磁极直流电阻为1.17V/100A=0.02Ω。三号磁极在温度为9℃时，直流电阻为1.07V/100A=0.01Ω，除去温度对阻值的影响，四号与三号磁极的直流电阻值基本相同。

对修复后的四号磁极进行交流阻抗试验，试验时四号磁极线圈温度为19.5℃，加入1A的交流电流，测得四号磁极两引线端电压为2.20V，其交流阻抗即为2.20Ω。三号磁极线圈温度为9℃，测得三号磁极两引线端电压值为2.10V，其交流阻抗即为2.10Ω。

通过试验发现，两个磁极试验结果基本一致，说明修复后的四号磁极各方面参数和其它磁极基本一致，修复效果良好。

4.2 磁极回装后转子整体电气试验

转子组装完成后，对转子整体进行了各类电气试验：用1000V摇表测试，转子整体的绝缘电阻为无穷大；转子整体的1A交流阻抗为52.20Ω；转子整体直流电阻为21.30V/100A=0.21Ω(转子整体温度9℃)；转子交流耐压试验：试验交流电压为1200V，试验时长1min，交流耐压试验完毕后，用500V摇表测得转子的绝缘电阻为无穷大。

通过转子整体试验，说明转子修复后整体绝缘状况良好，修复磁极与相邻磁极之间的连接良好。

5 结 语

柴河电站1号水轮发电机组通过转子故障修复，大大增强了转子磁极绝缘，机组经过48h试运行，运行情况良好，各类电气参数正常。在今后的运行检修过程中应加强对转子磁极的维护与试验，及时发现安全隐患，防止此类事故再次发生。

[1] 郭时珍.水轮发电机转子磁极绝缘降低的故障分析及处理[J].电网与清洁能源，2008(2):51-54.

[2] 杨斌.柳洪水电站发电机转子磁极引线损坏的原因分析及处理[J].华中电力，2010(4):53-54.

[3] 朱跃亮.水轮发电机转子绝缘下降原因分析及处理[J].华电技术，2010(10):37-39.

Faults Anacysis and Treatment of No.1 Hydroelectric Generating Set unit Rotor in Chaihe Power Station

FU Shouquan, JI Qingzhou

(LiaoningChaiheReservoirAuthority,Tieling112000,China)

Hydroelectric generationg set, as main equipment for electrical energy generation in hydropower station, plays an important role to safe and stable operation of power system. The fault of the unit rotor is an important factor affecting unit power generation quality and normal operation. In the paper, fault reasons are analyzed, rational treatment plans are proposed, and excellent effects are obtained aiming at the fault of No. 1 hydroelectric generating set rotor magnetic pole in Chaihe Power Station.

hydroelectric generating set; rotor fault; treatment

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.06.009

TV734.2

A

1673-8241(2017)06- 0036- 04